历年机械工程控制基础试题及答案

1、全国2002年10月自学考试机械工程控制基础试卷一、单项选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题15分，共30分）1控制工程主要研究并解决的问题之一是（）九系统已定,输入不确定，求系统的输出B. 系统已定，输入已知，求系统的输出（响应）C. 系统已定，规定系统的输入D系统不定,输入已知，求出系统的输出（响应）0A.e-2tB.D.3已知 F(s)=s(s + 1)A.RV).C.4已知 F(s)二L若 F(s)二-ys2 +2s + lB.ID.O5下列系统中为线性系统的微分模型为：（）7人呼+忤2+ X0(t) =dxjdt+ 24x0(t) =

2、xI(t)CJ6(心)52drdx0(t)dt+ 24x()(t) = Xj D. 16d-X-H-4-e + G(S)H(S) -12+ 241n（t）=（t）dLdt&对于定常控制系统来说，（）久表达系统的微分方程各项系数不随时间改变B. 微分方程的各阶微分项的慕为IU不能用微分方程表示D.系统总是稳定的7系统方框图如图所示，则系统的闭环传递函数为（）驴）,GHA. 1 + G(S)H(S)C. 1+G H口 G(S). H(S)1 - G(S)G(S)8二阶系统的传递函数为10(s + 0.5)(s + 4)，则系统增益为（A.10B.0.5D.59若系统的单位脉冲响应为&誥+20勺则系

3、统的传递函数为：（）九丄B.3s2 +2s + ls + 2D.10 某系统的传递函数为5(s + 1 )(s + 2)系统的零极点为（A极点 Sx=-1, S2=Z零点 Ss=5B.极点 Si=1,s2=2C极点 Si=-I,S2=-2D. 极点 sx=l, S2=2,零点 Ss=511.下列信号中，哪个用来定义二阶系统的瞬态响应指标（）丸单位阶跃B.单位脉冲C.单位斜坡D.单位正弦12系统如图，其稳态误差定义为（）X.(s)A. e= lim SGB. eu= lim te(t)s-xC.e= lim e(t)t-xD.e= lim e(t)13某系统传函数为G（s）二,则转角频率为（）S

4、 + TA. -BTC.k/ TD.kTi14控制系统中（）九系统型次越高，增益K越大，系统稳定误差越大B.系统型次越高,增益K越大,系统稳定误差越小C系统阶次越高，增益K越大,系统稳定误差越小D系统阶次越髙,稳态误差越大15在设计控制系统时，稳定性判断（）A.不必判断B.绝对必要C.有时是必要的D根据系统而定1G.系统的正弦响应是指（）九不论输入为何种信号，输出都为正弦时的情况B. 对系统输入一系列不同频率正弦信号时，输出的响应变化情况C. 对系统输入一个固定的频率正弦信号时，输出的响应变化情况D对系统输入一系列幅值不同的正弦信号时，输出的响应变化情况17.劳斯判据应用于控制系统稳定性判断时

5、是针对（）A. 闭环系统的传递函数B.开环系统的传递函数c闭环系统中的开环传递函数的特征方程 D.闭环系统的特征方程18为了增加系统的稳定性裕量，可以（久减小系统的增益C. 减小输入信号但所谓校正（又称补偿）是指（）A加入PID校正器C使系统稳定B 增大系统的增益D. 使用开环系统B 在系统中增加新的环节或改变某些参数D.使用劳斯判据20一二阶振荡环节G（s）=二堑r的幅频特性（）s- +2cons + co;A. 1越大，谐振峰越高B.T越小，谐振峰越高C.3越小，谐振峰越高D.3越大，谐振峰越高二、填空题（每空0.5分，共10分）21.闭环系统是指系统的对系统有控制作用，或者说，系统中存在

6、的回路。22设计控制系统基于以下几个要求：性、性、性和性。23.传递函数通与之间信息的传递关系，来描述系统本身的动态特征。24系统在外加激励作用下，其随化的函数关系称为系统的时间响应。25频率响应是系统对输入的o2G若系统传递函数G的所有均在S平面的,则系统称为最小相位系统。27个系统稳定的必要和充分条件是，其特征方程的所有的根都必须为或o也即稳定系统的全部根Si均应在复平面的。28. PID校正器是能够实现P, I和D 制作用的校正器。三、简答题（每小题5分，共20分）29. （5分）什么是反馈（包括正反馈和负反馈）?什么是闭环控制系统？30. （5分）单位反馈系统的前向通道传递函数为6（s

7、）二 一二一 ，a、b.。为大s（bs + l）（cs + l）于0的常数。（1）试写出静态误差系数Kp、Kv和心。（2）当系统输入为单位斜坡函数时，系统有无稳态误差，若有为何值？31. （5分）简述系统相对稳定性的概念?何为相位裕量?（画图说明）32. （5分）串联相位超前校正时瞬态响应作了何种改善7简述原理。四、计算题（共40分）33. （6分）某系统方框图如下，求使系统稳定的f值范围。X)S(S+S+l)(S+2)=CD邳s)34（G分）写出图示系统的传递函数，并写出系统的叫和J35.（6分）化简下列方框图，并写出传递函数。36（6分）某系统如图5试求该系统的峰值时间.最大超调量(单位阶

8、跃输入)37. (8分)设单位反馈系统的开环传递函数G(s)二一- (2s + l)(s + I)试求闭环的Mr,3.和3d1000( + 1)38. (8分)已知系统开环传递函数为G(s)=巴 试画出传递函数对应的渐近线幅频特性曲线;试画出相应的近似相频特性曲线；(3) 系统是否稳定，为什么？全国2001年10月机械工程控制基础试j课程代码：02240第一部分选择题一、单项选择题(本大题共30小题，毎小题1分，共30分)在每小题列出的四 个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.开环系统与闭环系统最本质的区别是(A )良开环系统的输出对系统无控制作用，

9、闭环系统的输出对系统有控制作用B. 开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用C. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路D. 开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路d 0t52若 f(t) = 0),其相频特性和幅频特性的变化规律是(D )A.(p(3)= 90,L(3)= 0 dBB(p(3)= -3Uco) = 1 dBC. p(co) = 90, L(co) = cot dBD0BJC1C.0K-127. 对于开环频率特性曲线与闭环系统性能之间的关系，以下叙述中不正确的有A )A.开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳定性B中频段表征了闭环系统的

10、动态特性U高频段表征了闭环系统的抗干扰能力D低频段的增益应充分大，以保证稳态误差的要求28. 以下性能指标中不能反映系统响应速度的指标为(D )良上升时间B.调整时间tsC. 幅值穿越频率叭D相位穿越频率叫S + 129. 当系统采用串联校正时，校正环节为Gc(s) = - ,则该校正环节对系统 2s 4- 1性能的影响是(D )A. 增大开环幅值穿越频率3。B. 增大稳态误差C. 减小稳态误差D稳态误差不变，响应速度降低Ac + 1 30串联校正环节G,s) =关于A与B之间关系的正确描述为(A )Bs+ 1A.若G：(s)为超前校正环节，则AB0B. 若G(s)为滞后校正环节，则AB0C.

11、 若Gc(s)为超前一滞后校正环节，则AHBD若Gc(s)为PID校正环节，则A=O B0第二部分非选择题二、填空题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)31传递函数的定义是对于线性定常系统.在初始条件为零的条件下,系统输 出量的拉氏变换与 输入量的拉氏变换 之比。32瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态状态到最终状态 状态的响应过程。33判别系统稳定性的出发点是系统待征方程的根必须为负实根或负实部的复 数根,即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。34.034.1型系统G(s) = 在单位阶跃输入下，稳态s(s + 2)误差为 0,在单位加速度输入下，稳态误差

12、为_巴。35频率响应是系统对正弦输入的稳态响应,频率特性包括幅频和相频两种特 性。三、简答题(共1G分)36二阶系统的传递函数为十试在左图中标出系统的特征根在S平面上s* + s + 1f cU)60o4的位置，在右图中标出单位阶跃曲线。解：叫=12孰产1 ,0537时域动态性能指标有哪些？它们反映系统哪些方面的性能？解：td 延迟时间仿上升时间tp峰值时间Mp超调量t, 调节时间廿、tr、切仁反映系统的快速性Mp反映系统的相对稳定性。38简述相位裕量丫的定义、计算公式，并在极坐标上表示出来。解：定义：是开环频率特性幅值为1时对负实轴的相位差值。即从原点到奈氏图与单位圆交点的连线与负实轴的夹角

13、。计算公式：Y = 180 +(p(o(.)在极坐标下表示为39. 简述串联相位超前校正的特点。解：相位超前校正特点： 增加相位余量丫，提高稳定性 增加幅值穿越频率畋，提高快速性 增加高频增益(或高通滤波器)，抗干扰能力下降。四、计算题(本大题共G小题，共44分)40. (7分)机械系统如图所示，其中，外力f(t)为系统的输入，位移x(t)为系统的13输出，m为小车质量，k为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数，试求系统的传递函数（忽略小车与地面的才3、佃解：系统的微分方程为f(t)-B -Kx(t) = m-4- dtdm. + B + Kx(t) = f(t) d dt拉氏变换得：（零初始

14、条件）ms2X(s) + BsX(s) + KX(s) = F(s).X(s) _1F(s) ms2 + Bs + K41-（7分）已知系统结构如图，试求传递函数器及器解：.Li=-G2HpL2=-G1G2H2P = G|G2 A| = 1C(s) _G,G2甌一+ G2H+GiG?H2Pj =1 =1 + G?HC(s) _I + GqHN(s)1 + G2H1+G1G2H21442. (7分)系统如图所示，r(t) = lt为单位阶跃函数，试求:1.系统的阻尼比g和无阻尼自然频率3“4_3：S(S + 2) 一 s(s + 23n)3“ =2T g = 0.52轨=22动态性能指标：超调量

15、M和调节时间ts(6 = 5)0.5x22. Mp=evxl00% = 16.5% = 3(s)43. (8分)如图所示系统，试确定使系统稳定且在单位斜坡输入下0225时,K的数值。D(s) = s(s + 3) + K = s +6s2 + 9s + K = 0 由劳斯判据：s19s26Ks-土06sK第一列系数大于零，则系统稳定得0K5415又有:%=春02-25可得：KN44WKV5444. （7分）已知开环最小相位系统的对数幅频特性如图所示。1001.写出开环传递函数G（s）的表达式;1. G(s)=$ * 1 _s_* s(s + 0.0l)(s +100) 0.01 100201g

16、 = 80dB coA K = 1002.概略绘制系统的乃奈斯特图。试求系统的相位裕量丫和幅值裕量吨解：系统的开环传递函数为G（沪需=占IG(joc)l=2解得（oc=V316y = 180 + q)(coc) = 1800-tg-!coc = 180-60 = 120又 CDg =X Kg =8172005年10月全国自考机械工程控制基础试卷2005年下半年高等教育自学考试全国统一命题考试机械工程控制基础试卷（课程代码2240）本试卷分为两部分，第一部分为选择题,1页至3页，第二部分为非选择题,4页至7页，共7 页;选择题30分，非选择题70分。满分100分;考试时间为150分钟。总分题号二

17、三四核分人题分30202030复査人得分第一部分选择题（共30分）得分评卷人复査人一、单项选择题（本大题共15小题,每小题2分共30分） 在毎小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的, 请将其代码填写在题后的括号内。错选.多选或未选均无分。1.作为控制系统，一般B.闭环不振荡D.闭环一定振荡A. 开环不振荡C.开环一定振荡2.已知F（s） = 2 +：+4其反变换为/（=B. 予尹sin芈:D.務尹*sin（230）机械工程控制基础试卷第1页（共7页）183系统方框图如图所示，其传递函数为4.5.B.| R(s)c G (1 - G)1 - Gx + GxG2已知系统的单位脉冲输入时的响

18、应为g(0 =0.1(1弓人则系统的传递函数是D.B.u。佔)I3s + 1控制系统(如图)的稳态误差表达式为5 =A S /?($)A Ml 十 G(s)HQ)如 1 + G(：)H(s)s R(s)G 毁 I + G(s)H(s)H(S)F_6.一系统在干扰单独作用下的误差函数Eg =-洁為;在输人信号单独作用下的误差函数弘)=；：；豎务则系统总的稳态误差-=A.B. 0D. 87.D.相对稳定性C.精度某一系统的稳态加速度偏差为一常数，则此系统是B.有一积分环节的系统。A. 0型D.没有积分环节的9-C. II 型某控制元件的对数幅频特性曲线(如图)，则它的传递函数为G(s)A 10s2

19、O7TTR “20s + 1c 0 1D 0 Is匕 0 05s + 10.05s + 1(230 )机械工程控制基础试卷第2页(共7页)19二阶欠阻尼系统的性能指标:上升时间、峰值时间和调整时间,反映了系统的A.稳定性B. 响应的快速性10. 幅相频率特性曲线与对数频率特性曲线的关系是A. 幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的-20分贝线 B-幅相频率待性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的+20分贝线C. 幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的零分贝线D. 幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的+ 1分贝线11. 已知系统的开环传递函数为一，

20、则系统的开环增益以及型次为s (0. k + 1)(5j +4)A. 25, U 型B. 100, II 型C. 100, I 型D. 25,0 型12. 设系统开环传递函数为G(s) = 1 +0.3$,其【】A. 幅相特性曲线是一条与虚轴平行的直线，所以闭环是稳定的B. 幅相特性曲线是一条与实轴平行的直线，所以闭环是稳定的C. 幅相特性曲线是一条与虚轴平行的宜线,所以闭环是不稳定的D. 幅相待性曲线是一条与实轴平行的直线,所以闭环是不稳定的13. 设单位反馈系统的开环传递函数为G(s) =s(77：(s+2)，则系统稳定时的开环增益K值的范围是【】A. 0 K 6C. 1 K 2D. 0

21、K 17. 传递函数表示系统，与外界输入无关。型如两+；护+ i（oj0k0使系统稳定时K值范围是0 K 1133. (1)F(s)=-7 ?s +3s +9(3分)(3分)(2分)a”*矿齐瓷“故 i)n =3rad/s g =0.5(3分)(2分)34.】)G( s) =( $ + )( t2s + 1) - (10s + l)(0. ls + 1) 小莎琵丁20, Ig答“ -= 103严1(3)7 = 180 +(p(we) =180- tglOwo -tgO. l 则 Limf(t) =( B )2s+1 t-oA. 4B.系统辩识D.自适应控制B.惯性环节D.PID调节器B.L “

22、D.L e-za(s+a)B. 2GOG.已知f二e吟（a为实数），则L=（ CA.s-aB.a(s+a)C.s(s-a)D.a(s-a)qt 20I；,则 L f(t)l =( C )I3A. _sQ Ile-2s|e2s8某系统的微分方程为5乂o（t） + 2&）（t）xo= x,（t）,它是（C ）B.D.九线性系统B.线性定常系统U非线性系统D.非线性时变系统9某环节的传递函数为G（s）=eS 它是（B ）久比例环节B.延时环节27C. RCs+1D.RCs+1RCsD微分环节c惯性环节 10图示系统的传递函数为（B ）1RCs+1RCsRCs+1二阶系统的传递函数为如齐法,其无阻尼固

23、有频叫是（B ）A. 10B.5C. 2.5D.2512阶系统J字的单位脉冲响应曲线在仁0处的斜率为（C ）1 + TsA上B.KTG -4D. ATt2T213某系统的传递函数G（s）= ，则其单位阶跃响应函数为（C ）T. + 1A.丄严灯TB.C. K(l-eD. (1一6 吟14图示系统称为（B）型系统。A.0B. Id. m15延时环节G(s)=e-啲相频特性ZG(j3)等于(B )A. T 3B T 3G9 0D. 1 8 0 16对数幅频特性的渐近线如图所示， 它对应的传递函数G（s）%（ D ）A. 1+TsB1 + TsG 丄D.（I+Ts）2Ts17图示对应的环节为（C ）A.Ts1 + TsG 1+TsD.1Ts18设系统的特征方程为D（s）二sS+14s2+40s+40 t =0,则此系统稳定的t值范围为A. t0B. 0 t 14D. t0S问是否可以称其为PID调节器，请说明理由。4. （8分）求如图所示机械网络的传递函数，其中X为输入位移，Y为输出位移。5.（10分）已知单位反馈